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Tecnologia i actualització dels sistemes de captura de dades

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Presentació realitzada a la jornada sobre aplicacions LiDAR (27/06/2013)

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Tecnologia i actualització dels sistemes de captura de dades

  1. 1. Jornada LiDAR ICC - 27. 06. 2013 Tecnología i actualización de los sistemas de captura de datosTecnología i actualización de los sistemas de captura de datos Wolfgang Kornus Àrea de Geoprocés
  2. 2. Sumario 2 Sumario Introducción Conceptos básicos N l íNuevas tecnologías Múltiples pulsos en el aire (MPiA) Escáneres de doble salida Sistemas LiDAR actuales en el mercado Leica Optech Riegl Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  3. 3. ¿Qué significa LIDAR? 3 ¿Qué significa LIDAR? LiDAR: Light Detection And Ranging ALS: Airborne Laser ScanningALS: Airborne Laser ScanningALS: Airborne Laser Scanning AHL: Airborne Hydrographic Lidar TLS: Terrestrial Laser Scanning ALS: Airborne Laser Scanning g MLS: Mobile Laser Scanning Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  4. 4. ¿Cómo funciona ALS? 4 ¿Cómo funciona ALS? Equipo instalado en avión o helicóptero:Equipo instalado en avión o helicóptero: Láser-escáner. Sistema de navegación (GPS, IMU) Otro receptor GPS en tierra para DGPS. Escaneado realizado por dos movimientos Longitudinal por la trayectoria del avión Transversal por un espejo que desvía el rayo láser emitido Se determina el tiempo que tarda el pulso en rebotar y regresar al sensor => distancia Las coordenadas de los puntos se obtienen de la distancia, d l i ió l i d d l (GPS/IMU)de la posición y la actitud del sensor (GPS/IMU), del ángulo del espejo. Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  5. 5. Laser range finding 5 Laser range finding Medición de la distancia: )( 1 ttcR Medición de la distancia: Muy preciso P l i idt )( 2 01 ttcR  Pulso emitidot 0 Primer eco t 1 © Riegl Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013 t © Riegl
  6. 6. Múltiples ecos 6 Múltiples ecos El LIDAR t t l h d l t ióEl LIDAR penetra entre los huecos de la vegetación. Interesa huella pequeña El señal de retorno es la adición de los ecos de diferentes objetosecos de diferentes objetos La mayoría de sistemas LiDAR registran hasta 4 ecos S i t di ti tSe proporcionan puntos a distintos niveles de la cubierta vegetal y también del suelo. Distancia mínima entre ecos: 0.7m – 3.5mDistancia mínima entre ecos: 0.7m 3.5m Alternativa: Análisis de onda completa Digitalización de la señal de eco Nú d li it d © Ri l Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013 Número de ecos no limitado © Riegl
  7. 7. Penetración de la 7 vegetación Ej l “L F d d’ J dà”Ejemplo “La Fageda d’en Jordà”: Datos capturados en Junio Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  8. 8. Sistemas LiDAR 8 instalados Roth, 2011 Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  9. 9. Frecuencia de pulsos 9 Frecuencia de pulsos Roth, 2011 Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  10. 10. Múltiples pulsos en el aire 10 Múltiples pulsos en el aire SPiA Single Pulse in the Air Nuevo pulso se emite después de que se recibió el eco del pulso anterior Roth, 2011 Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  11. 11. Múltiples pulsos en el aire 11 Múltiples pulsos en el aire SPiA Single Pulse in the Air Nuevo pulso se emite después de que se recibió el eco del pulso anterior MPiA (desde 2006) Multiple Pulses in the Air Nuevo pulso se emite antes d ibió l d lde que se recibió el eco del pulso anterior Limitaciones en el caso de: Grandes diferencias de elevación en el terreno Roth, 2011 Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013 Grandes campos de visión (FOV)
  12. 12. Múltiples pulsos en el aire 12 Múltiples pulsos en el aire SPiA La frecuencia de pulso debe limitarse a 65 kHz para garantizar que todos los puntos sobre terreno montañoso con 1000m variación deterreno montañoso, con 1000m variación de altura, permanezcan en una sola zona MTA. © Riegl Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  13. 13. Múltiples pulsos en el aire 13 Múltiples pulsos en el aire SPiA La frecuencia de pulso debe limitarse a 65 kHz para garantizar que todos los puntos sobre terreno montañoso con 1000m variación deterreno montañoso, con 1000m variación de altura, permanezcan en una sola zona MTA. MTA (RIEGL: Multiple Time Around) Hasta 10 zonas MTA. => Se pueden capturar datos LiDAR en más de una zona MTA con la máxima frecuencia de pulsos Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013 © Riegl
  14. 14. Dual Output 14 Dual Output Point Density MultiplierPoint Density Multiplier Escáner de doble salida duplica la frecuencia del pulso efectivo y la frecuencia de muestreo (sólo ALS70-CM y ALS70-HP) Salida de láser se divide en dos rayos antes de llegar al espejo uno dirigido ligeramente hacia adelante uno dirigido ligeramente hacia atrás Dos detectores reciben las señales reflejadas Función “Autoscan” Monitoriza la relación velocidad/altura sobre el suelo Aj sta le frec encia de m estreo para mantener la orientaciónAjusta le frecuencia de muestreo para mantener la orientación de los dos patrones de escaneo fuera de fase Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  15. 15. Dual Output 15 Dual Output Single OutputSingle Output dx(extremo) = 2·dx(centro) dx Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013 2dx
  16. 16. Dual Output 16 Dual Output Dual OutputDual Output Doble frecuencia de muestreo efectiva: dx(extremo) = dx (centro) Doble frecuencia de pulsos dx Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013 dx
  17. 17. Sistemas de deflexión 17 del láser E j il l é i ( i O h)Espejo oscilante galvanométrico (Leica, Optech) Mayor densidad de puntos a los extremos de la pasada (puntos de inflexión del espejo) Densidad inferior de puntos en el centro de la pasada (máxima velocidad angular del espejo) Múltiples patrones de escaneo (Leica): sinusoidal triangular rastersinusoidal, triangular, raster Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  18. 18. Sistemas de deflexión 18 del láser E j il l é i ( i O h)Espejo oscilante galvanométrico (Leica, Optech) Mayor densidad de puntos a los extremos de la pasada (puntos de inflexión del espejo) Densidad inferior de puntos en el centro de la pasada (máxima velocidad angular del espejo) Múltiples patrones de escaneo (Leica): sinusoidal triangular raster Espejo poliédrico rotatorio (RIEGL) líneas de escaneo rectas y paralelas en terreno plano sinusoidal, triangular, raster y p p Una cierta parte de los pulsos láser no sale del sensor Por ejemplo: RIEGL Q780 y Q680i: - frecuencia de pulsos: 400 kHz frecuencia de mediciones: 266 kHz- frecuencia de mediciones: 266 kHz Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  19. 19. Airborne systems for 19 y topography Leica: ALS70 -CM, -HP, -HA Optech: Orion H300, M300, C300Optech: Orion H300, M300, C300 Pegasus HD400, HA400 Riegl: LMS -Q780, -Q680i Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  20. 20. Comparative ALS Manufac turer Model Max PRF (kHz) H-AGL (m) FOV (º) iFOV (mrad @ 1/e) # echo Scan type Max SF (Hz) Mult. echo Min. distance between echoes (m) 20 Comparative ALS(kHz) @ 1/e) (Hz) echoes (m) Leica ALS70- HA 250 200-5000 0-75 0.15 4 Galvo 0-100 MPiA 3.5 Leica ALS70- HP 500 200-3500 0-75 0.15 4 Galvo 0-200 Dual, MPiA 3.5 HP MPiA Leica ALS70- CM 500 200-1600 0-75 0.15 4 Galvo 0-200 Dual 3.5 Optech Pegasus 500 150-5000 0-75 0.25 4 Galvo 0-140 Dual 0.7 HA500 FMP Optech Pegasus HD500 500 300-2500 0-75 0.20 4 Galvo 0-140 Dual FMP 1.0 Optech Orion H 300 150-4000 0-50 0 25 4 Galvo 0-90 0 73Optech Orion H 300 150 4000 0 50 0.25 4 Galvo 0 90 0.73 Optech Orion M 300 100-2500 0-50 0.25 4 Galvo 0-90 0.73 Optech Orion C 300 50 1000 0 50 0 25 4 Galvo 0 90 0 68Optech Orion C 300 50-1000 0-50 0.25 4 Galvo 0-90 0.68 Riegl LMS- Q680i 400 (266) 30-1600 (ρ=0.2) 0-60 0.5 FW Rotating Polygon 10-200 MTA - Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013 Riegl LMS- Q780 400 (266) 50-3750 (ρ=0.2) 0-60 0.25 FW Rotating Polygon 14-200 MTA -
  21. 21. Leica ALS 70 21 Leica ALS-70 ALS70 CM (500 kHz)ALS70-CM (500 kHz) City-/Corridor Mapping Bajas alturas de vuelo (hasta 1600m AGL)( ) ALS70-HP (500 kHz) General Purpose Mapping Alturas de vuelo más frecuentemente usadas (hasta 3500m AGL) ALS70-HA (250 kHz) National / Wide Area Mapping Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013 pp g Alturas de vuelo altas (hasta 5000m AGL)
  22. 22. Leica ALS 70 Frecuencia de muestreo máxima 22 Leica ALS-70 ALS70 CM (500 kHz)ALS70-CM (500 kHz) City-/Corridor Mapping Bajas alturas de vuelo (hasta 1600m AGL)( ) ALS70-HP (500 kHz) General Purpose Mapping Alturas de vuelo más frecuentemente usadas (hasta 3500m AGL) ALS70-HA (250 kHz) National / Wide Area Mapping Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013 pp g Alturas de vuelo altas (hasta 5000m AGL)
  23. 23. Leica ALS 70 Frecuencia de pulsos máxima 23 Leica ALS-70 ALS70 CM (500 kHz)ALS70-CM (500 kHz) City-/Corridor Mapping Bajas alturas de vuelo (hasta 1600m AGL)( ) ALS70-HP (500 kHz) General Purpose Mapping Alturas de vuelo más frecuentemente usadas (hasta 3500m AGL) ALS70-HA (250 kHz) National / Wide Area Mapping Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013 pp g Alturas de vuelo altas (hasta 5000m AGL)
  24. 24. ALS 70 vs LMS Q780 Frecuencia de pulsos máxima 24 ALS-70 vs. LMS-Q780 LMS - Q780 (MTA) Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  25. 25. Leica ALS 70 Precisión de puntos estimada 25 Leica ALS-70 ALS70 CM (500 kHz)ALS70-CM (500 kHz) City-/Corridor Mapping Bajas alturas de vuelo (hasta 1600m AGL)( ) ALS70-HP (500 kHz) General Purpose Mapping Alturas de vuelo más frecuentemente usadas (hasta 3500m AGL) ALS70-HA (250 kHz) National / Wide Area Mapping Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013 pp g Alturas de vuelo altas (hasta 5000m AGL)
  26. 26. Airborne systems 26 Airborne systems Leica ALS60 (200 KHz, 5000 m) Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  27. 27. Optech 27 Optech ALTM Orion 300 kHz,ALTM Orion 300 kHz, diseño compacto H300: 150 m - 4000 m lt ltalturas altas M300: 100 m - 2500 m alturas medias C300: 50 m - 1000 m alturas bajas corridor mappingcorridor mapping =1541nm (complete eye safety) distancia mínima entre ecos más pequeña (0.7m) Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013 p q ( ) [Ussyshkin and Theriault, ISPRS TC VII Symposium, Vienna 2010]
  28. 28. Optech airborne 28 systems ALTM Gemini wide area (167 kHz 4000 m)ALTM Gemini , wide area (167 kHz, 4000 m) Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  29. 29. Optech 29 Optech ALTM Pegasus 500 kHzALTM Pegasus 500 kHz HD400: 300m - 2500 m HA400: 150m - 5000 m D l t t l tDual output laser system Fixed Multipulse technology (FMPTM) Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  30. 30. RIEGL 30 RIEGL LMS-Q680iLMS-Q680i Frecuencia de pulsos: 400 kHz Frecuencia de mediciones: 266 kHz Max. Altura (AGL): 1600m (=0.2) 1600m – 80 kHZ 1100m – 200 kHz 950m 300 kHZ950m – 300 kHZ 800m – 400 kHz Multiple Time Around (MTA) processing Ilimitado número de ecos por análisis de onda completaIlimitado número de ecos por análisis de onda completa Espejo poligonal rotatorio => líneas paralelas de escaneo Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  31. 31. RIEGL 31 RIEGL LMS-Q780LMS-Q780 Frecuencia de pulsos: 400 kHz Frecuencia de mediciones: 266 kHz Max. Altura (AGL): 3350m (=0.2) 3350m – 80 kHZ 2850m – 200 kHz 2450m 300 kHZ2450m – 300 kHZ 2200m – 400 kHz Multiple Time Around (MTA) processing Ilimitado número de ecos por análisis de onda completaIlimitado número de ecos por análisis de onda completa Espejo poligonal rotatorio => líneas paralelas de escaneo Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  32. 32. RIEGL 32 N LMS Q1560 RIEGL New: LMS-Q1560 Presentado el martes 25 de junio 2013 Dual output j (Conferencia Internacional de Usuarios Lidar RIEGL en Viena) Dual output Frecuencia de pulsos: 800 kHz Frecuencia de mediciones: 533 kHz Multiple Time Around (MTA) processing Ilimitado número de ecos por análisis de onda completa Espejo poligonal rotatorio => líneas paralelas de escaneospejo po go a otato o eas pa a e as de esca eo Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013
  33. 33. Comparative ALS Manufac turer Model Max PRF (kHz) H-AGL (m) FOV (º) iFOV (mrad @ 1/e) # echo Scan type Max SF (Hz) Mult. echo Min. distance between echoes (m) 33 Comparative ALS(kHz) @ 1/e) (Hz) echoes (m) Leica ALS70- HA 250 200-5000 0-75 0.15 4 Galvo 0-100 MPiA 3.5 Leica ALS70- HP 500 200-3500 0-75 0.15 4 Galvo 0-200 Dual, MPiA 3.5 HP MPiA Leica ALS70- CM 500 200-1600 0-75 0.15 4 Galvo 0-200 Dual 3.5 Optech Pegasus 500 150-5000 0-75 0.25 4 Galvo 0-140 Dual 0.7 HA500 FMP Optech Pegasus HD500 500 300-2500 0-75 0.20 4 Galvo 0-140 Dual FMP 1.0 Optech Orion H 300 150-4000 0-50 0 25 4 Galvo 0-90 0 73Optech Orion H 300 150 4000 0 50 0.25 4 Galvo 0 90 0.73 Optech Orion M 300 100-2500 0-50 0.25 4 Galvo 0-90 0.73 Optech Orion C 300 50 1000 0 50 0 25 4 Galvo 0 90 0 68Optech Orion C 300 50-1000 0-50 0.25 4 Galvo 0-90 0.68 Riegl LMS- Q680i 400 (266) 30-1600 (ρ=0.2) 0-60 0.5 FW Rotating Polygon 10-200 MTA - Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013 Riegl LMS- Q780 400 (266) 50-3750 (ρ=0.2) 0-60 0.25 FW Rotating Polygon 14-200 MTA - Riegl LMS- Q1560 800 (533) 50-3750 (?) 0-60 (?) 0.25 (?) FW Rotating Polygon 10-200 (?) Dual MTA -
  34. 34. Gracias por su atención Institut Cartogràfic 34 Gracias por su atención g de Catalunya Parc de Montjuïc, E-08038 Barcelona 41º22’12” N, 2º09’20” E (ETRS89) Tel. (+34) 93 567 15 00 Fax (+34) 93 567 15 67 www.icc.cat webmaster@icc.cat twitter.com/icc_cat facebook.com/icc.cat Jornada "Aplicacions LiDAR", ICC Barcelona, 27 de junio 2013

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